Эмиссионная светодиодная ячейка

Номер документа 6420170009

РУБРИКА:
6. Патентное дело, изобретательство, рационализаторство

РУБРИКА ГРНТИ:
47.13.10. Технология и оборудование для производства изделий электронной техники СВЧ-диапазона

АТРИБУТЫ:
Отрасли: Прочие
Тепловая энергия:
Электрическая энергия:
Виды топлива:
Водные ресурсы:

РЕКВИЗИТЫ:
Вид документа: Патент
Номер: 2562907
Автор (принявший орган): ОАО "НИИ "Волга" 410052, г. Саратов, пр-т 50 лет Октября, д. 101, Жуков Н.Д.,
Дата: 10.09.2015
Регион: Саратовская область
Источник информации: http://nnn-volga.narod.ru

ПОЛНЫЙ ТЕКСТ ДОКУМЕНТА:

 Изобретение относится к оптоэлектронике - светоизлучателям и дисплеям. Может быть использовано при проектировании и изготовлении вакуумных светодиодов и микродисплеев с высокими параметрами преобразований. Отличие заявленного варианта заключается в том, что он действует как множество последовательных микроизлучателей. При этом цепь протекания электронного потока и электрического тока замкнута в каждом микроизлучателе, что уменьшает энергетические потери. Технический результат - увеличение КПД преобразования и яркости излучения, упрощение технологии.  Светодиодная ячейка - элемент излучающей структуры прибора, принципиально исчерпывающий его основные физические процессы. Излучающая структура всего прибора состоит из последовательного, параллельного или последовательно-параллельного построения из одинаковых ячеек. Полупроводниковые и органические светодиоды, вакуумные катодолюминесцентные термокатодные и отдельные варианты автокатодных (автоэмиссионных) излучателей используют самый распространенный тип излучающей ячейки - разделенные промежутком (твердого тела или вакуума) зоны эмиттера или инжектора электронов и излучателя света (люминофора). Излучающая структура формируется как множество этих параллельно соединенных зон. Вся совокупность этих элементов-зон включена последовательно с электродами, объемами материала и границами раздела частей подводящей ток структуры, внутренним сопротивлением источника питания. Известен вариант [1], принятый за прототип к заявленному, в котором автоэмиссионная ячейка содержит взаимно параллельные подложку, анод с пленкой из материала с высокой вторичной эмиссией, коллектор электронов с люминофором, диэлектрический слой, лезвийный катод. Анод, катод и коллектор выполнены на единой изолирующей подложке (фиг. 1).

 

В терминологии, принятой в заявке, ячейка в варианте прототипа содержит пленочный первичный эмиттер 3 (автоэмиссионный катод), пленочный вторичный эмиттер 5 (источник вторичных электронов), анод с порошковым люминофором 7, последовательно расположенные на единой изолирующей плоской подложке 1 (фиг. 1). Новым в этом варианте явились: введение между катодом и анодом вторичного эмиттера, усиливающего поток первичных электронов, эмитируемых автоэмиссионным катодом, и расположение элементов последовательно на единой плоской диэлектрической подложке. Заявленная авторами цель изобретения - повышение яркости свечения ячейки, долговечности работы ячейки, повышение технологичности изготовления.

 

Схема структуры ячейки в продольном разрезе цилиндрической подложки приведена на фиг. 2. На ней двумя параллельными жирными линиями обозначено сечение цилиндрического канала и указаны его диаметр w и угол наклона к линиям поля, отмеченного стрелками-векторами. Символами 0 - V обозначено напряжение на подводящих к ячейке электродах. Заявленная ячейка действует на явлениях автоэлектронной и вторичной эмиссии - поэтому названа эмиссионной. Она является двухэлектродной (диодной) и излучающей - поэтому названа светодиодной. При подаче напряжения между электродами 0 - V (фиг. 2) под действием его поля (на фиг. 2 обозначено стрелками) внутри микроканала происходит автоэмиссия первичных электронов из наночастиц эмиттера. Электроны под действием поля пролетают, размножаясь за счет вторичной эмиссии на тех же наночастицах эмиттера, обладающего хорошей эмиссионной способностью. Внутри канала происходит размножающийся поток электронов вдоль канала. Часть этого потока воздействует на наночастицы люминофора, который люминесцирует, создавая свет той или иной длины волны излучения. Свет циркулирует в микроканале, отражаясь от одного (непрозрачного) электрода, и выходит наружу через другой (прозрачный, просветленный) электрод.

 

На фиг. 3 изображен срез параллельного вектору поля E сечения канала в виде эллипса, получаемого в результате наклона кругового сечения канала к линии поля E. Видно, что в точке 1 разность потенциалов примерно нулевая. Между точками 2 и 3 она имеет какое-то заметное значение. Между точками 4 и 5 - максимальное значение напряжения. Электрон эмиттируется под действием поля из частицы эмиттера (например, точка 4), летит по его линии, ударяясь в частицу на стенке (точка 5) и создавая вторичные электроны (коэффициент размножения более 1), которые также летят в поле и ударяются в частицы стенки. И так далее. При этом часть электронов наталкивается на частицы эмиттера, а часть - на частицы люминофора. Частицы люминофора излучают фотоны света. Свет циркулирует по каналу, частично воздействуя на эмиттер и заставляя его излучать электроны, дополнительно к вторичной эмиссии. Важно отметить, что, когда электроны вылетают из частицы, например, точки 4 (фиг. 3), то это повышает ее потенциал на время пролета электронов до стенки в точку 5. Попав на частицу в точке 5, они понижают ее потенциал. В результате появляется разность потенциалов и ток по поверхности микрокапилляра, по линии 4-5. Этот процесс устраняет нежелательное действие возможного накопления заряда на наночастицах. Время пролета электронов от точки 4 к точке 5 (примерно время процесса пролета и токопереноса) зависит от разности потенциалов и расстояния между точками и равно оценочно 10-10-10-12 с. Таким образом, заявленная ячейка излучения света работает как устройство, интегрирующее все физические процессы люминесценции в вакууме и твердом теле. Канал излучателя работает как множество последовательных взаимосвязанных микроизлучателей. При этом процесс их взаимосвязи приводит к последовательному (вдоль канала) усилению проявления эффектов. В каждом микроизлучателе все процессы работают параллельно, усиливая друг друга. Принципиальное отличие в работе заявленного варианта от всех других заключается в том, что в нем цепь протекания электронного потока и электрического тока замкнута внутри каждого микроизлучателя. Во всех других вариантах эта цепь замыкается через все последовательные элементы структурной схемы прибора и внешний источник питания, что создает значительные энергетические потери. За счет этого в заявленном варианте, по оценке, минимум в два раза, должен вырасти КПД по отношению к известным лучшим результатам (светодиодам). Кроме того, трубка-канал имеет большое значение отношения площади своей поверхности к площади основания цилиндра - 3L/w, равное (обычно, в МКП) до 100. Это позволяет иметь значительный выигрыш в площади излучающей поверхности и варьировать величины удельных нагрузок на люминофор и эмиттер.